Recocido (ciencia de los materiales)

En metalurgia y ciencia de los materiales , el recocido es un tratamiento térmico que altera las propiedades físicas y, en ocasiones, químicas de un material para aumentar su ductilidad y reducir su dureza , haciéndolo más maleable. Consiste en calentar el material por encima de su temperatura de recristalización , mantenerla a una temperatura adecuada durante un tiempo apropiado y, posteriormente, enfriarlo.

Durante el recocido, los átomos migran en la red cristalina y disminuye el número de dislocaciones , lo que provoca un cambio en la ductilidad y la dureza. Al enfriarse, el material se recristaliza. En muchas aleaciones, incluido el acero al carbono, el tamaño del grano cristalino y la composición de fases, que determinan las propiedades del material, dependen de la velocidad de calentamiento y enfriamiento. El trabajo en caliente o en frío posterior al recocido altera la estructura del metal, por lo que pueden ser necesarios tratamientos térmicos adicionales para lograr las propiedades requeridas. Conociendo la composición y el diagrama de fases , el tratamiento térmico permite ajustar la dureza y la fragilidad del material a una mayor suavidad y ductilidad.

En el caso de los metales ferrosos , como el acero , el recocido se realiza calentando el material (generalmente hasta que brille) durante un tiempo y luego dejándolo enfriar lentamente a temperatura ambiente en aire quieto. El cobre , la plata y el latón se pueden enfriar lentamente al aire o rápidamente mediante temple en agua. ^{[ 1 ]} De esta manera, el metal se ablanda y se prepara para trabajos posteriores como el moldeado, el estampado o el conformado.

Muchos otros materiales, incluyendo vidrio y películas plásticas , utilizan el recocido para mejorar las propiedades finales. ^{[ 2 ] [ 3 ]}

El recocido se produce por la difusión de átomos dentro de un material sólido, de modo que este avanza hacia su estado de equilibrio. El calor aumenta la velocidad de difusión al proporcionar la energía necesaria para romper los enlaces. El movimiento de los átomos tiene el efecto de redistribuir y eliminar las dislocaciones en los metales y (en menor medida) en las cerámicas. Esta alteración de las dislocaciones existentes permite que un objeto metálico se deforme con mayor facilidad, aumentando su ductilidad. ^{[ 4 ]}

La cantidad de energía libre de Gibbs que inicia el proceso en un metal deformado también se reduce mediante el proceso de recocido. En la práctica y en la industria, esta reducción de la energía libre de Gibbs se denomina alivio de tensiones .

La liberación de tensiones internas es un proceso termodinámicamente espontáneo ; sin embargo, a temperatura ambiente, es un proceso muy lento. Las altas temperaturas a las que se produce el recocido sirven para acelerar este proceso.

La reacción que facilita el retorno del metal trabajado en frío a su estado libre de tensiones presenta múltiples vías de reacción, principalmente implicando la eliminación de gradientes de vacantes reticulares dentro del cuerpo del metal. La creación de vacantes reticulares se rige por la ecuación de Arrhenius , y la migración/difusión de vacantes reticulares se rige por las leyes de difusión de Fick . ^{[ 5 ]}

En el acero, existe un mecanismo de descarburación que puede describirse como tres eventos distintos: la reacción en la superficie del acero, la difusión intersticial de átomos de carbono y la disolución de carburos dentro del acero. ^{[ 6 ]}

La alta temperatura del recocido puede provocar la oxidación de la superficie del metal, dando lugar a la formación de cascarilla. Si se debe evitar la cascarilla, el recocido se realiza en una atmósfera especial , como con un gas endotérmico (una mezcla de monóxido de carbono , hidrógeno y nitrógeno ). El recocido también se realiza en gas formador , una mezcla de hidrógeno y nitrógeno. ^{[ 9 ]}

Las propiedades magnéticas del mu-metal se introducen mediante el recocido de la aleación en una atmósfera de hidrógeno.

Normalmente, se utilizan hornos grandes para el proceso de recocido. El interior del horno es lo suficientemente grande como para colocar la pieza de trabajo en una posición que reciba la máxima exposición al aire caliente circulante. Para el recocido de procesos de alto volumen, se suelen utilizar hornos transportadores de gas. Para piezas de trabajo grandes o grandes cantidades de piezas, se utilizan hornos de fondo móvil para que los operarios puedan mover las piezas fácilmente dentro y fuera. Una vez finalizado el proceso de recocido, a veces las piezas de trabajo se dejan en el horno para que se enfríen de forma controlada. Si bien algunas piezas de trabajo se dejan en el horno para que se enfríen de forma controlada, otros materiales y aleaciones se retiran del horno. Una vez retirados del horno, las piezas de trabajo a menudo se enfrían rápidamente en un proceso conocido como temple. Los métodos típicos de temple de materiales implican medios como aire, agua, aceite o sal. La sal se utiliza como medio para el temple, generalmente en forma de salmuera (agua salada). La salmuera proporciona velocidades de enfriamiento más rápidas que el agua. Esto se debe a que, al enfriar un objeto en agua, se forman burbujas de vapor en su superficie, reduciendo así el área de contacto con el agua. La sal de la salmuera disminuye la formación de burbujas de vapor, lo que significa que hay una mayor superficie del objeto en contacto con el agua, facilitando así una mejor conducción del calor desde el objeto hacia el agua circundante. El endurecimiento por temple es generalmente aplicable a algunas aleaciones ferrosas, pero no a las de cobre.

En la industria de los semiconductores , las obleas de silicio se someten a un proceso de recocido para corregir el desorden a nivel atómico que se produce en etapas como la implantación iónica . En este proceso, los átomos dopantes , generalmente boro , fósforo o arsénico , se desplazan a posiciones sustitucionales en la red cristalina, lo que permite que estos átomos dopantes funcionen correctamente en el material semiconductor.

El calentamiento por resistencia permite recocer eficazmente el alambre de cobre ; el sistema de calentamiento emplea un cortocircuito eléctrico controlado . Su ventaja radica en que no requiere un horno con temperatura regulada, a diferencia de otros métodos de recocido.

El proceso consiste en dos poleas conductoras ( poleas escalonadas ) por las que pasa el alambre después de ser estirado. Las dos poleas tienen un potencial eléctrico entre ellas, lo que provoca que el alambre forme un cortocircuito. El efecto Joule hace que la temperatura del alambre aumente a aproximadamente 400  °C. Esta temperatura se ve afectada por la velocidad de rotación de las poleas, la temperatura ambiente y el voltaje aplicado. Donde t es la temperatura del alambre, K es una constante, V es el voltaje aplicado, r es el número de rotaciones de las poleas por minuto y t _a es la temperatura ambiente .

${\displaystyle t={\frac {1}{r}}KV^{2}+t_{a}}$

La constante K depende del diámetro de las poleas y de la resistividad del cobre.

En lo que respecta únicamente a la temperatura del cable de cobre, un aumento en la velocidad del cable a través del sistema de poleas tiene el mismo efecto que una disminución de la resistencia.

• Recocido (vidrio)
• Recocido por cortocircuito
• Parámetro de Hollomon-Jaffe
• Recocido con bajo contenido de hidrógeno
• Recocido simulado
• Templado (metalurgia)
• endurecimiento laboral

• Tesis de Grado, Fabricación de Cables y Pruebas de Uso General y Energía . Jorge Luis Pedraz (1994), UNI, Archivos, Perú.
• "Recocido dinámico del alambre de cobre mediante un cortocircuito controlado." Jorge Luis Pedraz (1999), Perú: Lima, CONIMERA 1999, INTERCON 99,

• Recocido – efunda – fundamentos de ingeniería
• Recocido – Aluminio y aleaciones metálicas aeronáuticas